- Nykyisen säätimen toimintaperiaate
- Nykyinen säädin toimii
- Nykyisten sääntelyviranomaisten suunnittelu
- Virran säätimien suunnittelu jännitesäätimillä
- LDO: n käyttämisen edut ja haitat virran säätelijänä
- Transistoreita käyttävä virtasäädin
- Nykyinen säädin, joka käyttää Op-vahvistinta
- Nykyisten sääntelyviranomaisten soveltaminen
Aivan kuten tilanteissa, joissa meidän on säädettävä suunnittelujemme jännitettä, on skenaarioita, joissa meidän on säädettävä virtaa, joka syötetään tietylle piirimme osalle. Toisin kuin muuntaminen (vaihtaminen yhdestä jännitetasosta toiseen), joka on yleensä yksi tärkeimmistä syistä jännitteen säätelylle, virtasäätö on yleensä noin syötetyn virran pitäminen vakiona riippumatta kuormitusvastuksen tai tulojännitteen vaihteluista. Piirejä (integroituja tai ei), joita käytetään jatkuvan virransyötön saavuttamiseen, kutsutaan (vakio) virran säätimiksi, ja niitä käytetään hyvin yleisesti Power Electronicsissa.
Vaikka nykyiset säätimet ovat olleet esillä useissa sovelluksissa vuosien varrella, ne eivät todennäköisesti ole viime aikoihin asti suosituimpia aiheita elektroniikkasuunnittelukeskusteluissa. Nykyiset sääntelyviranomaiset ovat nyt saavuttaneet eräänlaisen läsnäolotilan, koska niiden tärkeät sovellukset LED-valaistuksessa ovat muiden sovellusten joukossa.
Tämän päivän artikkelissa tarkastelemme näitä nykyisiä sääntelyviranomaisia ja tarkastelemme muun muassa niiden taustalla olevia toimintaperiaatteita, niiden suunnittelua, tyyppejä ja sovelluksia.
Nykyisen säätimen toimintaperiaate
Virtasäätimen toiminta on samanlainen kuin jännitesäätimen toiminta, ja suurin ero on parametri, jota ne säätelevät, ja määrä, jota ne vaihtelevat tuotoksensa toimittamiseksi. Jännitesäätimissä virtaa vaihdellaan vaaditun jännitetason saavuttamiseksi, kun taas virtasäätimiin liittyy yleensä jännitteen / vastuksen vaihteluja vaaditun virtalähteen saavuttamiseksi. Sellaisena, vaikka se on mahdollista, on yleensä vaikea säätää jännitettä ja virtaa samanaikaisesti piirissä.
Nykyisten sääntelyviranomaisten toiminnan ymmärtäminen vaatii nopean tarkastelun ohmilakiin;
V = IR tai I = V / R
Tämä tarkoittaa vakiovirran ylläpitämistä ulostulossa, nämä kaksi ominaisuutta (jännite ja vastus) on pidettävä vakiona virtapiirissä tai säädettävä siten, että kun toisessa tapahtuu muutoksia, toisen arvoa säädetään vastaavasti, jotta sama lähtövirta. Sellaisena virtasäätöön kuuluu säätö joko piirin jännitteelle tai vastukselle tai sen varmistaminen, että resistanssi- ja jännitearvot ovat muuttumattomia kytketyn kuorman vaatimuksista / vaikutuksista riippumatta.
Nykyinen säädin toimii
Harkitsemme alla olevaa kytkentäkaaviota kuvaamaan oikein, kuinka virtasäädin toimii.
Yllä olevan piirin muuttuvaa vastusta käytetään kuvaamaan virtasäätimen toimintaa. Oletetaan, että muuttuva vastus on automatisoitu ja voi säätää omaa vastustaan automaattisesti. Kun piiri on kytketty virtalähteeseen, säätyvä vastus säätää vastuksensa kompensoimaan kuormanvastuksen tai jännitesyötön vaihteluista johtuvat virran muutokset. Perussähköluokasta kannattaa muistaa, että kun kuormitusta, joka on olennaisesti vastus (+ kapasitanssi / induktanssi), kasvatetaan, virran tehokas lasku tapahtuu ja päinvastoin. Siten kun piirin kuormitusta kasvatetaan (vastuksen kasvu) virran pudotuksen sijasta, muuttuva vastus vähentää omaa vastustaan kompensoidakseen lisääntyneen vastuksen ja varmistaakseen samat virtavirrat. Samalla tavalla, kun kuormitusvastus pienenee,vaihteleva vastus lisää omaa vastustaan kompensoidakseen pienennyksen ja säilyttäen siten lähtövirran arvon.
Toinen lähestymistapa nykyisessä sääntelyssä on kytkeä riittävän korkea vastus rinnakkain kuorman kanssa siten, että perussähkön lakien mukaisesti virta kulkee pienimmän vastuksen reitin läpi, joka tässä tapauksessa on kuorman läpi, vain "vähäinen" määrä virtaa, joka virtaa arvokkaan vastuksen läpi.
Nämä vaihtelut vaikuttavat myös jännitteeseen, koska jotkut virtasäätimet ylläpitävät virtaa ulostulossa vaihtelemalla jännitettä. Siksi on melkein mahdotonta säätää jännitettä samalla ulostulolla, jossa virtaa säädetään.
Nykyisten sääntelyviranomaisten suunnittelu
Virran säätimet toteutetaan yleensä käyttämällä IC-pohjaisia jännitesäätimiä, kuten MAX1818 ja LM317, tai käyttämällä hyytelöpassiivisia ja aktiivisia komponentteja, kuten transistoreita ja Zener-diodeja.
Virran säätimien suunnittelu jännitesäätimillä
IC-pohjaista jännitesäädintä käyttävien virtasäätimien suunnittelussa tekniikka käsittää yleensä jännitesäätimien asettamisen vakiokuorman kestävyydelle ja yleensä käytetään lineaarisia jännitesäätimiä, koska lineaaristen säätimien lähdön ja niiden maan välinen jännite on yleensä tiukasti säädettynä sellaisenaan kiinteä vastus voidaan asettaa liittimien väliin siten, että kiinteä virta virtaa kuormaan. Hyvä esimerkki tähän perustuvasta suunnittelusta julkaistiin yhdessä EDGE-julkaisuista, Budge Ing vuonna 2016.
Käytetty piiri käyttää lineaarista LDO-säätintä MAX1818 korkean puolen vakiovirralla säännellyn syötteen luomiseen. Syöttö (esitetty yllä olevassa kuvassa) on suunniteltu siten, että se syöttää RLOADia vakiovirralla, joka on yhtä suuri kuin I = 1,5 V / ROUT. Jossa 1,5 V on MAX1818: n ennalta asetettu lähtöjännite, mutta sitä voidaan muuttaa ulkoisella resistiivisellä jakajalla.
Suunnittelun optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi MAX1818: n tuloliittimen jännitteen on oltava enintään 2,5 V ja enintään 5,5 V, koska tämä on toimintasivun määrittelemä toiminta-alue. Tämän ehdon täyttämiseksi valitse ROUT-arvo, joka sallii 2,5 V - 5,5 V IN: n ja GND: n välillä. Esimerkiksi kun kuormitus sanotaan 100Ω 5 V VCC: llä, laite toimii oikein, kun ROUT on yli 60Ω, koska arvo sallii ohjelmoitavan maksimivirran 1,5 V / 60Ω = 25 mA. Laitteen poikki oleva jännite on sitten pienin sallittu: 5V - (25mA × 100Ω) = 2,5V.
Muita lineaarisia säätimiä, kuten LM317, voidaan käyttää myös samankaltaisessa suunnitteluprosessissa, mutta yksi MAX1818: n kaltaisista IC: stä on yksi tärkeimmistä eduista, että niihin sisältyy lämpösammutus, mikä voi olla erittäin tärkeää nykyisessä säätelyssä, koska IC: llä on tapana kuumentua, kun kuormat, joilla on suuret virtavaatimukset, on kytketty.
Että LM317, joka perustuu nykyisen säädin, harkita piiri alla;
LM317s on suunniteltu siten, että säädin säätää jännitettään, kunnes ulostulotapin ja säätötapin välinen jännite on 1,25 V ja sellaisena jakajana käytetään yleensä jännitesäätimen tilanteessa toteutettaessa. Mutta käyttötapauksessamme virran säätimenä se todella tekee asioista meille erittäin helppoja, koska koska jännite on vakio, kaikki mitä meidän on tehtävä virran vakioksi, on yksinkertaisesti lisätä vastus sarjaan Vout- ja ADJ-nastojen väliin kuten yllä olevassa piirissä on esitetty. Sellaisena pystymme asettamaan lähtövirran kiinteään arvoon, jonka antaa:
I = 1,25 / R
R-arvon ollessa lähtövirran määräävä tekijä.
Muuttuvan virtasäätimen luomiseksi meidän on vain lisättävä vaihtuva vastus piiriin toisen vastuksen rinnalle, jotta voidaan luoda jakaja säädettävään tapiin alla olevan kuvan mukaisesti.
Piirin toiminta on sama kuin edellisellä sillä erotuksella, että virtaa voidaan säätää piirissä kiertämällä potentiometrin nuppia vastuksen muuttamiseksi. R: n yli kulkeva jännite antaa;
V = (1 + R1 / R2) x 1,25
Tämä tarkoittaa, että virta R: n yli saadaan;
I R = (1,25 / R) x (1 + R1 / R2).
Tämä antaa piirille virran alueen I = 1,25 / R ja (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)
Riippuu asetetusta virrasta; Varmista, että vastuksen R teholuokka kestää sen läpi virtaavan virran määrän.
LDO: n käyttämisen edut ja haitat virran säätelijänä
Seuraavassa on joitain etuja lineaarisen jännitesäätimen lähestymistavan valinnassa.
- Säädinpiireissä on ylikuumenemissuoja, joka voi olla hyödyllinen, kun liitetään kuormitukset, joissa on liian suuret virtavaatimukset.
- Säädinpiireillä on suurempi toleranssi suurille tulojännitteille ja ne tukevat suuressa määrin suurta tehohäviötä.
- Säätimen IC-lähestymistapaan sisältyy pienemmän osan komponenttien käyttö lisäämällä vain muutama vastus useimmissa tapauksissa lukuun ottamatta tapauksia, joissa tarvitaan suurempia virtoja ja tehotransistorit on kytketty. Tämä tarkoittaa, että voit käyttää samaa IC: tä jännitteen ja virran säätämiseen.
- Komponenttien lukumäärän väheneminen voi merkitä toteutuskustannusten ja suunnitteluaikojen vähenemistä.
Haitat:
Kääntöpuolelta säätimen ICs-lähestymistavan alla kuvatut kokoonpanot sallivat lepovirran virtauksen säätimestä kuormaan säädetyn lähtöjännitteen lisäksi. Tämä tuo virheen, jota ei ehkä voida sallia tietyissä sovelluksissa. Tätä voitaisiin kuitenkin vähentää valitsemalla säädin, jolla on erittäin pieni lepovirta.
Toinen säätimen IC-lähestymistavan haittapuoli on suunnittelun joustavuuden puute.
Jännitesäädinpiirien käytön lisäksi virtasäätimet voidaan suunnitella myös hyytelömäisillä osilla, mukaan lukien transistorit, opampit ja Zener-diodi tarvittavilla vastuksilla. Zener-diodia käytetään virtapiirissä todennäköisesti ei-aivottajana, kuin muistat, että Zener-diodia käytetään jännitteen säätämiseen. Näitä osia käyttävän virtasäätimen suunnittelu on joustavinta, koska ne on yleensä helppo integroida olemassa oleviin piireihin.
Transistoreita käyttävä virtasäädin
Harkitsemme kahta mallia tämän osan alla. Ensimmäisessä käytetään vain transistoreita, kun taas toisessa on sekoitus operatiivista vahvistinta ja tehotransistoria.
Harkitse alla olevaa piiriä transistoreilla.
Yllä olevassa piirissä kuvattu virtasäädin on yksi yksinkertaisimmista virtasäätimen malleista. Se on matalan sivun virtasäädin; Yhdistin kuorman jälkeen ennen maata. Se koostuu kolmesta avainkomponentista; ohjaustransistori (2N5551), tehotransistori (The TIP41) ja shuntivastus (R).Shunttia, joka on olennaisesti pieniarvoinen vastus, käytetään mittaamaan kuorman läpi virtaava virta. Kun piiri kytketään päälle, shuntin yli havaitaan jännitehäviö. Mitä korkeampi kuormitusresistanssin arvo RL on, sitä suurempi on jännitteen pudotus shuntin yli. Jännitteen pudotus shuntin yli toimii ohjaustransistorin laukaisijana siten, että mitä suurempi jännitteen pudotus shuntin yli on, sitä enemmän transistori johtaa ja säätelee tehotransistorin pohjaan kohdistettua esijännitettä johtamisen lisäämiseksi tai vähentämiseksi vastus R1 toimii esivastuksena.
Aivan kuten muissakin piireissä, vaihtelevaa vastusta voidaan lisätä rinnakkain shunttivastuksen kanssa virtatason vaihtelemiseksi vaihtamalla ohjaustransistorin pohjassa käytetyn jännitteen määrää.
Nykyinen säädin, joka käyttää Op-vahvistinta
Harkitse seuraavaa piiriä toiselle suunnittelupolulle;
Tämä piiri perustuu toimintavahvistimeen, ja aivan kuten transistorin esimerkissä, se käyttää myös shuntivastusta virran tunnistamiseen. Shuntin yli menevä jännitehäviö syötetään operatiiviseen vahvistimeen, joka vertaa sitä sitten Zener-diodin ZD1 asettamaan vertailujännitteeseen. Op-amp kompensoi mahdolliset eroavuudet (suuret tai matalat) kahdessa tulojännitteessä säätämällä lähtöjännitettään. Operatiivisen vahvistimen lähtöjännite on kytketty suuritehoiseen FET: ään ja johtuminen tapahtuu käytetyn jännitteen perusteella.
Suurin ero tämän suunnittelun ja ensimmäisen välillä on Zener-diodin toteuttama vertailujännite. Molemmat näistä malleista ovat lineaarisia ja suuria määriä lämpöä syntyy suurilla kuormilla sinänsä, niihin tulisi kytkeä jäähdytyselementtejä lämmön hajauttamiseksi.
Etu ja haitta
Tämän suunnittelutavan suurin etu on suunnittelijan tarjoama joustavuus. Osat voidaan valita ja rakenne konfiguroida maistelemaan ilman mitään sisäiseen piiriin liittyviä rajoituksia, jotka luonnehtivat säätimen IC-pohjaista lähestymistapaa.
Toisaalta tämä lähestymistapa on yleensä tylsä, aikaa vievä, vaatii enemmän osia, tilaa vieviä, alttiita vikaantumiselle ja kalliimpaa kuin säätimiin perustuva IC-lähestymistapa.
Nykyisten sääntelyviranomaisten soveltaminen
Vakiovirran säätimet löytävät sovelluksia kaikenlaisista laitteista virtalähteistä, akun latauspiireistä, LED-ohjaimiin ja muihin sovelluksiin, joissa kiinteää virtaa on säädettävä kuormituksesta riippumatta.
Se on tässä artikkelissa! Toivottavasti opit yhden tai kaksi asiaa.
Seuraavaan kertaan!